Explorer la dynamique de puissance des moteurs de F1

Le moteur de F1 possède une riche histoire qui remonte à la fin des années 1940. Au fil des années, ce sport a connu diverses réglementations et formules de moteurs visant à améliorer les performances et la compétitivité sur la piste. Ces règlements ont évolué avec le temps et les progrès technologiques.

En 2014, une évolution majeure s’est produite avec l’introduction des groupes motopropulseurs hybrides. Ces unités combinent un moteur à combustion interne traditionnel avec un moteur électrique et des composants électroniques de contrôle, inaugurant une nouvelle ère dans la technologie des moteurs.

La transition vers les groupes motopropulseurs hybrides a apporté de nombreux avantages, tels qu’une puissance accrue, une meilleure efficacité énergétique et un impact environnemental réduit. Ces groupes exploitent à la fois des systèmes de récupération d’énergie cinétique et mécanique pour générer de la puissance supplémentaire, rendant les moteurs plus efficaces et durables.

En outre, des règlements moteur ont été instaurés pour garantir l’équité et l’équilibre compétitif. Ces règles régissent des aspects tels que la cylindrée, la vitesse maximale et le poids minimum, garantissant à toutes les équipes des chances égales de succès.

À mesure que la Formule 1 repousse les frontières de la technologie moteur, les fabricants de moteurs œuvrent continuellement à améliorer la fiabilité, les performances et le rendement. Grâce à l’intégration de carburants durables et aux progrès dans l’accord moteur, les moteurs F1 continuent d’évoluer pour répondre aux exigences de ce sport à haute intensité.

Historique des moteurs de F1

L’histoire des moteurs de Formule 1 est riche et variée, reflétant l’évolution constante de la technologie dans le sport. À la fin des années 1960, les moteurs à combustion interne sont devenus les unités de puissance dominantes, et cette tradition perdure aujourd’hui. Les règlements moteurs ont beaucoup évolué, offrant une réduction de la capacité moteur et l’introduction de moteurs turbocompressés. Aujourd’hui, les moteurs utilisés en F1 sont des V6 turbocompressés d’une cylindrée de 3,0 litres. Le développement et le réglage des moteurs sont des éléments essentiels du sport, les équipes et les fabricants cherchant constamment à améliorer les performances tout en garantissant la fiabilité. L’introduction de systèmes de récupération d’énergie, comme le freinage cinétique et régénératif, a encore renforcé la puissance globale et l’efficacité des moteurs. En outre, la durabilité gagne en importance avec l’utilisation de carburants durables pour réduire l’impact environnemental. L’histoire des moteurs de F1 témoigne de l’innovation, de la compétitivité et de la recherche de l’excellence en sport automobile.

1947–1953

De 1947 à 1953, les moteurs de Formule 1 étaient régis par les règles des voitures d’avant-guerre. Ces règles autorisaient une large gamme de puissances, avec des moteurs atmosphériques ou suralimentés. Les moteurs atmosphériques pouvaient atteindre une capacité maximale de 4,5 litres, tandis que les moteurs suralimentés étaient limités à 1,5 litre.

Parmi les exemples notables figure la BRM Type 15, équipée d’un moteur suralimenté de 1,5 litre. Ce moteur produisait une puissance considérable, montrant le potentiel des moteurs de faible cylindrée à offrir d’excellentes performances.

Cette période voyait l’utilisation d’une grande diversité de moteurs en F1, avec des équipes testant différentes configurations et puissances. Ces moteurs ont joué un rôle crucial dans les débuts du sport, les fabricants cherchant à développer des moteurs puissants et fiables menant leurs pilotes à la victoire.

Globalement, l’ère 1947-1953 fut marquée par l’expérimentation et l’innovation, alors que les équipes repoussaient les limites de la technologie et des performances moteur. Les règlements d’avant-guerre, avec une capacité maximale de 4,5 litres pour les moteurs atmosphériques et de 1,5 litre pour les moteurs suralimentés, offraient une grande variété de puissances et de configurations, contribuant à l’intérêt et à la diversité des débuts de la F1.

1954–1960

Entre 1954 et 1960, d’importants changements se sont produits dans l’histoire des moteurs de F1. L’une des modifications majeures fut la réduction de la cylindrée des moteurs atmosphériques, limitée désormais à 2,5 litres, créant un changement global dans la puissance et les performances des véhicules. Les voitures suralimentées étaient quant à elles limitées à une capacité maximale de 750 cm³.

Malgré ces limites, les moteurs atmosphériques atteignaient encore des puissances impressionnantes, certains produisant jusqu’à 290 chevaux. Aucun moteur suralimenté ne fut construit spécifiquement pour le Championnat du Monde durant cette période, traduisant une transition vers des moteurs atmosphériques dominants.

Décisive, cette période marque une transition vers de nouvelles spécifications et règlements moteurs. La réduction de la taille des moteurs et la limitation des moteurs suralimentés ont posé les bases de futurs progrès.  

1961–1965

Durant les années 1961 à 1965, la Formule 1 connut d’importants progrès et changements moteurs. L’un des éléments-clés fut le passage d’une formule de moteurs de 2,5 litres à une formule réduite de moteurs de 1,5 litre, afin de réduire les coûts et d’augmenter la compétition entre fabricants.

Cette formule réduite influa non seulement sur la taille des moteurs, mais augmenta la puissance moyenne. Les motoristes durent extraire plus de puissance et d’efficacité des petits blocs. Ainsi, la puissance moyenne des moteurs F1 connut une hausse notable.

Un autre changement fut l’arrivée des voitures à moteur central, améliorant la répartition des masses et offrant un meilleur comportement sur piste. La position du moteur derrière le pilote améliora les performances globales et contribua à des chronos plus rapides.

Ces innovations et le passage aux moteurs centraux ont façonné le futur de la F1. La réduction de cylindrée et l’augmentation de puissance ont rendu le sport plus compétitif. Cette période a marqué un tournant dans l’évolution technique de la F1, prémices d’innovations majeures à venir.

1966–1986

De 1966 à 1986, la F1 a connu une période révolutionnaire marquée par des progrès technologiques notables et des changements stratégiques majeurs. En 1966, les moteurs sont passés de 1,5 litre à 3,0 litres, ouvrant de nouveaux horizons en termes de puissance et de vitesse. Cette époque fut marquée par la domination du moteur Ford-Cosworth DFV, lancé en 1967, apprécié pour sa puissance, sa fiabilité et sa disponibilité. Conçu par Keith Duckworth, ce moteur démocratisa la compétition en permettant aux équipes indépendantes de rivaliser avec les grands constructeurs.

Dans les années 1970, la technologie de turbocompression fit son apparition, mais suscitait au départ des doutes quant à sa fiabilité. L’introduction du moteur turbo de Renault en 1977 changea progressivement cette perception. L’époque turbo atteignit son apogée dans les années 1980, avec des moteurs délivrant parfois plus de 1000 chevaux en qualifications.

Mais cette puissance extrême engendra des défis, notamment en matière de sécurité. La F1 dut adapter les pneus et les châssis, et des règlements furent adoptés pour limiter les excès : restrictions sur la pression de suralimentation, limite du carburant, etc.

En somme, cette période fut un carrefour d’ingéniosité, de stratégie et de pilotage audacieux. Les histoires des moteurs 3.0 litres et turbocompressés restent une ode puissante à l’innovation et à la quête de vitesse.

1987–1988

La période 1987–1988 fut marquée par la domination des moteurs turbo. Bien qu’ils permettaient des puissances élevées, les inquiétudes sur la sécurité et le coût ont conduit à leur interdiction.

Les principaux motoristes étaient alors Honda et TAG-Porsche. Le moteur V6 turbo RA167E de Honda, couplé au châssis McLaren MP4/3, permit à Ayrton Senna de décrocher son premier titre en 1988. Le moteur P01 V6 TAG-Porsche servit aussi Alain Prost, contribuant à la domination de McLaren.

D’autres moteurs notables incluaient le RA166E de Honda et le 033D V6 de Ferrari. Cette ère créa une forte rivalité technologique, suscitant progrès et innovations. L’interdiction prochaine des turbos entraîna le retour aux moteurs atmosphériques, concluissant cette intense phase de l’histoire de la F1.

1989–1994

De 1989 à 1994, la F1 connut une nouvelle ère marquée par la disparition des moteurs turbo. Un nouveau règlement imposa l’usage de moteurs atmosphériques de 3,5 litres. Ce changement mit l’accent sur l’ingénierie de précision et la fiabilité tactique plus que sur la puissance brute.

Les moteurs Honda V10, Ford V8 et Renault V10 illustrèrent les succès en piste. La stratégie devint primordiale : arrêts aux stands, consommation de carburant, usure des pneus.

D’un point de vue technique, c’est l’apparition des boîtes semi-automatiques, des suspensions actives et du contrôle de traction. Williams et McLaren furent les pionniers de ces technologies.

Mais le drame survenu à Imola en 1994 avec la disparition d’Ayrton Senna et Roland Ratzenberger bouleversa le sport. Cet événement tragique renforça les exigences de sécurité.

Ce chapitre de la F1 mêle innovation, stratégie, vitesse et tragédie. Un moment charnière dans l’histoire du sport.

1995–2005

De 1995 à 2005, la F1 vit coïncider progrès technologiques, changements réglementaires et rivalités emblématiques. Une transition intervint avec une réduction de la cylindrée de 3,5 à 3,0 litres, renforçant l’importance de l’aérodynamique et des stratégies.

Les moteurs V10 devinrent emblématiques de la F1, produits par Renault, Ferrari ou Mercedes. Ferrari, Williams et McLaren dominèrent l’époque, apportant spectacle et excellence technique.

Les duels entre Schumacher et Häkkinen illustrèrent la rivalité de personnalités et de styles de pilotage. Des technologies comme le contrôle de traction ou le lancement automatisé modifièrent le pilotage et suscitèrent débats sur le rôle du pilote.

Ferrari domina la fin de la période. L’impact mena à des ajustements réglementaires pour plus d’équité, avec par exemple des changements au format de qualifications et au système de points.

Une décennie marquée par innovation, spectacle et évolution réglementaire, laissant un héritage durable en F1.

2006–2013

Entre 2006 et 2013, la F1 vécut une nouvelle phase réglementaire avec des moteurs V8 de 2,4 litres et un angle de banc de 90°. Le poids minimum fixé à 95 kg. Les injecteurs étaient limités à huit par moteur, et une seule bobine par cylindre autorisée pour l’allumage.

Ces règles visaient l’équité et la fiabilité. Les moteurs atteignaient jusqu’à 19 000 tr/min, offrant des performances spectaculaires.

Cette période vit donc des moteurs réglementés mais puissants, garantissant compétitivité et sensations fortes sur circuit.

2014–2021

Dès 2014, les moteurs F1 prennent une nouvelle direction avec les V6 hybrides de 1,6 litre, remplaçant les anciens V8 de 2,4 litres. Une transition axée sur la durabilité grâce à l’intégration de systèmes de récupération d’énergie tels que KERS, MGU-K et MGU-H.

Les moteurs hybrides augmentent la puissance tout en réduisant la cylindrée. Les constructeurs impliqués : Mercedes, Ferrari et Renault. Honda quittera la catégorie fin 2021.

Cette ère transforma la F1, rendant les moteurs plus efficaces, écologiques et technologiquement avancés.

2022–2025

En 2022, suite à des négociations, la F1 maintient le V6 1.6L, abandonne le MGU-H et gèle le développement moteur jusqu’en 2025. Un accord pour favoriser la durabilité, réduire les coûts et attirer de nouveaux motoristes.

Ce compromis offre un terrain compétitif, tout en permettant aux acteurs de se préparer à 2026.

2026 et au-delà

Dès 2026, la F1 adopte un nouveau règlement moteur : maintien du V6 1.6L turbo, suppression du MGU-H, augmentation de la capacité électrique du MGU-K, nouveaux flux de carburant basés sur l’énergie.

Le constructeur Audi a d’ores et déjà annoncé son arrivée en tant que motoriste.

Des changements qui préparent une F1 plus durable et performante.

Règlement moteur F1

Les moteurs F1 doivent répondre à des règles strictes : cylindrée maximale de 1,6L, environ 850 chevaux, carburant durable et limitations sur la quantité de carburant par course.

Les unités de puissance intègrent moteur à combustion, turbo, MGU-K, MGU-H, batterie et électronique. La récupération d’énergie, via freinage et échappement, est intégrée pour booster la performance.

Les motoristes recherchent en permanence la fiabilité, un poids réduit et une efficacité maximale, toujours dans le cadre réglementaire.

Explication des règles moteur F1

Composants et quotas

Unité constituée du moteur thermique, MGU-H, MGU-K, turbo, batterie, électronique et échappements. En 2023, chaque pilote peut utiliser 4 blocs moteur, MGU-K, MGU-H, turbos, 2 batteries et unités électroniques et 8 jeux d’échappements sans pénalités.

Application des pénalités

À chaque dépassement de quota d’un élément : 10 places de pénalité. Chaque dépassement ultérieur du même composant : 5 places. Au-delà de 15 places cumulées, départ en fond de grille. La FIA détermine l’ordre de départ en cas de pénalités multiples.

Utilisation des moteurs et pénalités

Un élément moteur est considéré utilisé dès que la voiture quitte les stands en session officielle. Si un pilote dépasse le quota, une pénalité est infligée. En cas d’utilisation de plusieurs exemplaires : seul le dernier monté peut être réutilisé sans sanction.

Gel moteur

Gel en vigueur de 2022 à fin 2025. Des modifications autorisées uniquement pour des raisons de fiabilité, sécurité ou économie. Ce dispositif permet aux motoristes de préparer les nouvelles unités pour 2026.

Atteindre 1000 chevaux avec un moteur 1,6L

Les moteurs F1 atteignent 1000 chevaux avec seulement 1,6 litre, grâce au moteur thermique avancé et à une technologie hybride élaborée.

Système hybride : MGU-K et MGU-H

Le MGU-K récupère l’énergie de freinage pour générer 160 chevaux supplémentaires. Le MGU-H convertit l’énergie des gaz d’échappement pour alimenter le MGU-K ou être stockée. Ce système augmente la performance et réduit le lag turbo.

Allumage par préchambre

Une chambre de combustion secondaire commence l’allumage, qui se propage dans le cylindre principal via des orifices. Combustion plus efficace = plus de puissance.

Turbo et rendement énergétique

Le turbo augmente la densité de l’air admis, permettant une combustion plus riche. Respect des limites de consommation oblige les ingénieurs à maximiser l’efficacité de chaque goutte de carburant.

Innovation des matériaux et conception

Matériaux légers et résistants, design optimisé de chaque pièce, assurent fiabilité et performance à très haut régime et température. Chaque composant est pensé pour pousser les limites tout en respectant les règles.

Obtenir 1000 ch avec 1,6L résulte d’une orchestration de technologies hybrides, de combustion avancée, de turbo, de matériaux de pointe et d’une ingénierie ultra-optimisée.

Fournisseurs moteurs F1 en 2023

En 2023, les équipes F1 s’approvisionnent auprès de quatre motoristes : Ferrari, Mercedes, Honda et Renault. Chaque fournisseur alimente différentes équipes avec ses groupes motopropulseurs.

Équipes et leurs moteurs

Motoristes multi-équipes : Ferrari et Mercedes

Ferrari et Mercedes équipent plusieurs équipes. Ferrari fournissant à Ferrari, Alfa Romeo et Haas ; Mercedes alimentant Mercedes, McLaren, Aston Martin et Williams. Leur expérience leur permet d’assurer performance et fiabilité à leurs équipes clientes.

Fournisseur exclusif : Red Bull et Honda

Red Bull et Honda poursuivent leur collaboration exclusive, fournissant uniquement Red Bull Racing et Scuderia AlphaTauri. Cela permet une optimisation spécifique des moteurs à l’approche stratégique de Red Bull.

Paysage futur : Audi et Ford

En 2026, Audi et Ford rejoignent les motoristes F1 avec leurs propres technologies et innovations, redessinant potentiellement les rapports de force en F1.

En conclusion, les motoristes F1 jouent un rôle fondamental à travers leurs partenariats. L’entrée d’Audi et Ford rend l’avenir prometteur.

Faits rapides sur les moteurs de F1

Spécifications de l’unité de puissance

• Poids minimum: 145 kg
• Composants principaux : ICE, MGU-K, MGU-H, Turbo, Batterie, Électronique
• Quota: 3 ICE/TC/MGU-H et 2 MGU-K/ES/CE par saison par pilote

Moteur thermique (ICE)

• Cylindrée : 1,6 L
• Nbr de cylindres : 6
• Angle du banc : 90°
• Soupapes : 24
• Régime max : 15 000 tr/min
• Débit carburant max : 100 kg/h (au-delà de 10 500 tr/min)
• Injection : directe haute pression (500 bar max)
• Turbocompresseur : mono-étage
• Régime turbo max : 125 000 tr/min

Système de récupération d’énergie (ERS)

• Architecture : hybride via MGU-K & MGU-H
• Batterie : lithium-ion 20 kg
• Capacité énergétique/lap : 4 MJ
• MGU-K régime max : 50 000 rpm / Puissance max : 120 kW
• MGU-H régime max : 125 000 rpm / Puissance max : illimitée

Carburants et lubrifiants

• Carburant : PETRONAS Primax
• Lubrifiants : PETRONAS Syntium
• Fluides fonctionnels : PETRONAS Tutela

Les chiffres ci-dessus concernent le Mercedes-AMG M10 EQ Power+.

Traduit à partir de l’article anglais “Exploring The Power Dynamics Of F1 Engine Specs“